Конформное охлаждение: как повысить эффективность изготовления пресс‑форм в 2,5 раза

Отрасли применения | Преимущества нового подхода | SLM‑печать и конформное охлаждение в действии: 4 примера внедрения | Итоги: кратко

Аддитивные технологии позволяют оптимизировать изготовление литейной оснастки и процесс литья за счет использования конформного охлаждения. Речь идет о печати формообразующих элементов пресс‑форм для литья термопластов и металлов под давлением по технологии селективного лазерного плавления (SLM).

Создание внутренних каналов любой сложности в пресс-формах и конечных деталях – одна из превосходных возможностей топологической оптимизации и аддитивного производства. Каналы охлаждения могут быть интегрированы близко к поверхности изделия, что приводит к оптимизации потока тепла, уменьшая риск деформации и улучшая качество деталей.

Благодаря инновационной системе в элементах пресс-формы сокращается время охлаждения детали и весь цикл литья (по сравнению с традиционной механической обработкой). Посмотрим, что может дать этот инновационный подход предприятиям различных отраслей.

Закажите консультацию 3D-экспертов

Автомобилестроение

Формы с каналами конформного охлаждения, напечатанные на SLM‑принтере, дают возможность изготавливать сложные автодетали, такие как головки цилиндров и блоки двигателей, с непревзойденной точностью. Технология не только обеспечивает эффективное охлаждение, но и сокращает время производственного цикла, позволяя производителям оперативно удовлетворять потребности рынка.

Авиакосмическая промышленность

Компоненты авиационной и космической техники требуют уровня точности, которого не всегда легко добиться традиционными методами. Оснастка с конформным охлаждением жизненно важна для производства деталей со сложной геометрией – например, лопаток турбин. Возможность контролировать охлаждение на микроскопическом уровне обеспечивает структурную целостность и производительность этих важнейших аэрокосмических компонентов, повышая общие стандарты безопасности.

Медицина

В сфере производства медицинских изделий и приспособлений, где точность и кастомизация имеют первостепенное значение, технология 3D‑печати металлом находит свою уникальную нишу. Улучшенные каналы в элементах пресс-форм способствуют упрощению производства высокоточных медицинских изделий – от хирургических инструментов до имплантатов. Продукция, изготовленная по SLM‑технологии, соответствует строгим стандартам качества и помогает улучшить состояние пациентов.

Потребительская электроника

Производители бытовых электронных устройств получают огромную пользу от 3D‑печати металлами. Компоненты типа корпусов смартфонов или сложных схем требуют пресс-форм, гарантирующих эффективное охлаждение. 3D‑печать отвечает этому требованию, что приводит к повышению производительности и долговечности электронных устройств.

Энергетика

В энергетическом секторе, особенно в производстве компонентов для систем на основе возобновляемых источников энергии (от деталей ветряных турбин до элементов солнечных батарей), конформное охлаждение пресс-форм дает беспрецедентные преимущества. Оптимальное охлаждение, которое обеспечивается за счет напечатанных из металла конструкций, приводит к повышению энергоэффективности и устойчивому производству экологически чистой энергии.

Преимущества нового подхода

1. Повышение производительности: оптимизированные благодаря SLM‑печати пресс-формы с каналами конформного охлаждения позволяют сократить длительность цикла, что дает промышленным предприятиям возможность эффективно масштабировать производство.

2. Повышение качества: за счет равномерноcти конформного охлаждения дефекты конечных изделий сводится к минимуму, гарантируя высокое качество, точные размеры и безупречное качество поверхности.

3. Экологическая рациональность: принцип действия аддитивных технологий предполагает минимум отходов материалов, благодаря чему вы сможете привести производственную практику в соответствие с принципами устойчивого развития и снизить воздействие на окружающую среду.

SLM‑печать и конформное охлаждение в действии

1. Фармацевтическая упаковка

С внедрением инноваций в медицинской промышленности требования к упаковочным материалам становятся все более строгими в плане обеспечения безопасности, гигиены и эффективности продукции. Одновременно на рынке растет спрос на более продвинутые упаковочные процессы, что заставляет производителей фармацевтической упаковки искать более действенные решения при сохранении качества.

Известная медицинская компания столкнулась с проблемами при использовании традиционных пресс-форм с системой каналов водяного охлаждения, а именно с деформацией изделий и несоответствием размеров, вызванным ограничениями в конструкции стержня пресс-формы. Результат – неэффективное охлаждение ободка крышки и накопление тепла во время непрерывного производства. Все это создавало препятствия для успешной оценки качества продукции в условиях жесткой конкуренции.

Задача оптимизации системы охлаждения была поручена компании HBD. Инженеры, занятые в проекте, выполнили топологическую оптимизацию и 3D‑печать вставок в пресс-формы, используемые при производстве крышек для медицинских флаконов.

По сравнению с традиционной конструкцией водяного охлаждения, каналы конформного охлаждения обладают значительными преимуществами: они позволяют охлаждать пресс-форму более равномерно, что в итоге приводит к сокращению производственных циклов и повышению эффективности. Кроме того, технология 3D‑печати металлами предполагает гибкое проектирование и изготовление каналов со сложной геометрией, обеспечивая оптимальный контакт охлаждающей среды с поверхностью формы.

После внедрения новых вставок для пресс-форм время охлаждения уменьшилось с 12 до 10 секунд, а циклы литья сократились с 29 до 23 секунд. Таким образом ежедневный выпуск кондиционной продукции увеличился с 19 862 до 25 043 единиц.

2. Барабаны стиральных машин

Производитель литейной оснастки применял традиционную конструкцию каналов водяного охлаждения, что приводило к снижению качества поверхности изделий и эффективности производства, в том числе к долгому охлаждению.

С помощью SLM‑принтеров HBD компания успешно изготовила пресс-формы для литья под давлением с каналами конформного охлаждения, что помогло значительно повысить производительность.

В результате применения 3D‑печати металлом компания экономит на этой задаче $27 643 в год. Время охлаждения сократилось почти на треть, а весь цикл литья под давлением – на 29,5% по сравнению с классическим подходом. Аддитивное производство пресс-форм с каналами конформного охлаждения также улучшает равномерность охлаждения изделия, что соответствует строгим требованиям, предъявляемым к стиральным машинам высокого класса.

3. Корпус воздушного фильтра автомобиля

Из‑за особой формы вставок в пресс-форму для литья под давлением требуется длительный цикл охлаждения, а высокая температура вставок приводит к окислению и сокращению срока их службы, а также к дефектам поверхности и сильной деформации.

Для сокращения времени охлаждения были спроектированы оптимизированные каналы, и вставки были напечатаны из порошка 18Ni300.

В результате оптимизации температура вставок снижена со 120 °C до 50 °C, цикл охлаждения сокращен со 120 до 45 секунд, решена проблема деформации. В итоге эффективность производства оснастки для корпусов воздушного фильтра автомобиля повысилась в 2,5 раза.

4. Ящики холодильников

Слева – до оптимизации: медленное охлаждение, деформация. Справа – после оптимизации: форма с каналом конформного охлаждения

В ходе производственных испытаний компания-производитель бытовой техники обнаружила, что цикл охлаждения ребер внутри пресс-формы для ящика холодильника длится до 70 секунд, что приводит к нестабильному качеству резины и препятствует эффективному серийному производству. Партнер компании предложил использовать технологию SLM для создания вставок с инновационными конструкциями водяных каналов.

Три вставки были изготовлены на 3D‑принтере HBD 350 и встроены в оригинальную пресс-форму. Это позволило оптимизировать ее конструкцию, значительно сократить цикл литья и обеспечить соответствие качества продукции ожиданиям заказчика. Производитель без проблем интегрировал комплект формообразующих вставок в крупносерийную производственную линию, добившись удовлетворительных результатов.

Итоги: кратко

SLM-технология – перспективное решение для создания сложных пресс-форм с каналами конформного охлаждения. По сравнению с традиционными методами изготовления форм, аддитивная технология обеспечивает следующие преимущества:

• возможность реализовать геометрию любой сложности;

• прямая печать цельнометаллического изделия;

• у пресс-форм выше эффективность охлаждения и больше площадь теплоотдачи;

• равномерное распределение температур, позволяющее избежать различных дефектов;

• значительное сокращение цикла изготовления форм и экономия расходов.

Приведенные примеры успешного внедрения подтверждают огромный потенциал селективного лазерного плавления для производства пресс-форм. Объединение возможностей 3D‑печати металлами и проектирования сложных каналов конформного охлаждения открывает новые пути для более эффективного и устойчивого промышленного производства на основе инновационных решений.

Статья опубликована 02.11.2024 , обновлена 02.11.2024